長輸油氣管道水平定向鉆穿越施工技術(shù)研究

摘要：水平定向鉆穿越施工技術(shù)是一種先進的地下管線穿越施工技術(shù)，具有施工速度快、對環(huán)境影響小、適應(yīng)性強等優(yōu)點。對長輸油氣管道水平定向鉆穿越施工技術(shù)進行研究，根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果，選擇合適管材，進行管道定向鉆施工；根據(jù)工程概況，設(shè)計施工流程，對工程中選取的基準(zhǔn)點進行沉降觀測，觀測結(jié)果證明長輸油氣管道水平定向鉆穿越施工滿足施工沉降要求，施工結(jié)果安全可靠。

關(guān)鍵詞：油氣管道;水平定向鉆穿越;地質(zhì)勘察;施工方法

長輸油氣管道的建設(shè)和維護是國家能源戰(zhàn)略的重要環(huán)節(jié)。在面對復(fù)雜地形和環(huán)境保護要求時，水平定向鉆穿越施工技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢成為首選的施工方法，該技術(shù)是一種先進的地下管線穿越施工技術(shù)［1］。然而，該技術(shù)的實施受到諸多因素的影響，如地質(zhì)條件、施工設(shè)備、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等。如何克服這些困難，提高施工效率和質(zhì)量，是當(dāng)前亟待解決的問題［2］。水平定向鉆穿越施工技術(shù)的研究面臨以下困境：（1）地質(zhì)條件的復(fù)雜性和不確定性，地層硬度、巖石類型、地下水位等，對鉆頭選擇和軌跡設(shè)計提出了更高的要求;（2）施工過程中的技術(shù)難題，如孔底破碎、鉆具磨損、泥漿處理等，需要尋求有效的解決方案;（3）缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和評估體系，導(dǎo)致施工質(zhì)量的差異和安全隱患。

國內(nèi)外學(xué)者針對水平定向鉆穿越施工技術(shù)開展了廣泛的研究。在理論方面，研究者提出了許多關(guān)于鉆頭設(shè)計、軌跡優(yōu)化、泥漿處理等方面的理論模型和算法。例如一些學(xué)者通過建立數(shù)學(xué)模型，分析了鉆頭的破巖機理和軌跡控制方法;另一些學(xué)者研究了泥漿材料的物理化學(xué)性質(zhì)對施工效果的影響，提出了優(yōu)化泥漿處理的方法［3］。在實踐方面，一些大型工程項目的實施積累了豐富的經(jīng)驗，為技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供了有益的借鑒。例如一些石油和天然氣公司成功應(yīng)用了水平定向鉆穿越施工技術(shù)，實現(xiàn)了長輸油氣管道的安全、高效穿越。然而，施工技術(shù)仍存在一些關(guān)鍵問題尚未得到很好的解決，如地質(zhì)條件的適應(yīng)性、施工過程的可控性、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的完善等。

針對上述問題，本文以“長輸油氣管道水平定向鉆穿越施工技術(shù)研究”為題，旨在深入探討水平定向鉆穿越施工技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用前景。本文將圍繞地質(zhì)勘察及管線探測的具體方法展開討論，重點研究水平定向鉆穿越施工過程中的技術(shù)難題和解決方案。

1長輸油氣管道水平定向鉆穿越施工方法設(shè)計

1.1地質(zhì)勘察及管線探測

在工程設(shè)計之前，應(yīng)對管道穿越地段進行土地和地質(zhì)研究，以充分了解該地段的地形地貌、水文地質(zhì)條件以及不良地質(zhì)情況。在研究過程中，要明確界定起點和終點的狀況及長度，以確保管道穿越路徑的安全、適用、經(jīng)濟合理和技術(shù)可行。同時，還需充分考慮土地所有權(quán)、土地使用現(xiàn)狀以及土地結(jié)構(gòu)等不利情況，并確定水域的面積和深度，以避免對周圍環(huán)境產(chǎn)生不利影響。此外，還需確認(rèn)是否存在影響項目建設(shè)的干擾源，例如建筑物、道路、電力線路等，并收集鉆井管道建設(shè)所需的地質(zhì)資料，包括地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等信息，為工程設(shè)計提供可靠依據(jù)。

1.2管材的選擇

用于水平定向鉆的管道主要包括鋼管和PE管。這兩種管道的技術(shù)經(jīng)濟比較如表1所示。

根據(jù)鋼質(zhì)管道和PE管道的特點，應(yīng)充分比較各項工程中的具體項目，并確定管道的用途。相比之下，PE管道在水平定向鉆法中的使用頻率更高。本項目的水平驅(qū)動管內(nèi)徑為600 mm的PE管，并入內(nèi)徑為560 mm的PE管中。

1.3管道定向鉆

在掘進過程中，設(shè)備和儀器的取樣通常在施工、設(shè)備安裝、工作管道的操作、掘進液的配制、掘進管道和測試管道的拆除、管道的清潔和拆除以及管道重建之前進行。

1.3.1鉆進導(dǎo)向孔

在準(zhǔn)備工作完成后，選擇合適的位置安裝鉆機。將鉆頭放入鉆機中，開始進行鉆井。在鉆井過程中，需要注意控制鉆頭的速度和方向，以確保鉆孔的質(zhì)量和準(zhǔn)確度。同時，及時調(diào)整鉆機的參數(shù)，以適應(yīng)不同的地質(zhì)情況和管道參數(shù)。

確定鉆孔的起點和終點，并進行土層探測和地質(zhì)勘探，以評估地質(zhì)條件和確定鉆孔參數(shù)。根據(jù)土層情況選擇合適的鉆頭和鉆管。啟動定向鉆機，開始進行定向鉆孔。在定向鉆孔過程中，通過不斷添加注漿以保持鉆孔的穩(wěn)定，同時沖刷土層和碎屑。在施工過程中，應(yīng)根據(jù)控制方向系統(tǒng)規(guī)定的數(shù)據(jù)隨時調(diào)整驅(qū)動鉆頭的方向。角度必須嚴(yán)格控制，嚴(yán)格按照設(shè)計曲線進行控制。如果初始設(shè)計曲線發(fā)生偏移，應(yīng)及時進行調(diào)整。鉆進導(dǎo)向孔施工如圖1所示。

1.3.2擴孔及清孔

鉆孔完成后，卸下鉆頭，根據(jù)管道直徑和地質(zhì)條件，確定鉸刀的數(shù)量和型號。采用從小到大的階段擴展方式，依次開采200 mm、400 mm、600 mm、800 mm和1 000 mm多相擴孔。然后，將最終直徑加倍的管道進行回拖。當(dāng)定向鉆孔到達終點時，停止添加注漿，并清洗鉆孔。

1.3.3管道鋪設(shè)

為了確保管道的順利回拖，在回拖之前仔細(xì)檢查不同路線的擴孔器和泥漿噴霧器是否已安裝，并且在回拖過程中應(yīng)根據(jù)管道回拖鉆頭的大小監(jiān)測回拖速度。應(yīng)根據(jù)管道竣工期間的地質(zhì)變化，在合理修正關(guān)系的基礎(chǔ)上進行修正。為了確保管道在回拖之前的清潔度，必須關(guān)閉管道的入口。為了避免管道在回拖過程中拉力過大而回拖，在回拖管道后部位置之前，必須在管道后部位置安裝拉力制動器，以減少底部與管道之間的摩擦，避免管道損壞并減少回拖力?；赝蠒r確認(rèn)每個過程符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

2實例分析

2.1工程概況

以日照港京博輸油管道工程為例，管道從日照市的日照港輸油站開始，延伸到博興井輸油站結(jié)束。其中，海洋石油管道的長度為428 km，石油管道的長度為433.8 km。

在工程中，穿越左家莊新村江峪鎮(zhèn)（臨曲）區(qū)域是重要的一部分。原油管道的直徑為711 mm，管壁厚度為15.9 mm，長度為640.3 m，曲線部分的長度為644.21 m。還有一條光纜管道，直徑為114 mm，管壁厚度為6.0 mm，排氣點增加了169.8 m，排氣角度為7°。石油管道的直徑為406.4 mm，管壁厚度為15.0 mm，排氣角度為10°。

在施工時，地質(zhì)條件和開發(fā)難度都很大。中間帶斷面穿過一塊輕度弱化的花崗巖，巖石的強度介于113～137 MPa。該工程道路周邊視野開闊，公路兩側(cè)共設(shè)置了2個基準(zhǔn)點?；鶞?zhǔn)點使用紅色小標(biāo)志在管道中心的穩(wěn)定位置進行標(biāo)識。共有8個標(biāo)識點，包括每條路線上1個，每個土壤進出點1個，隔離線每側(cè)1個和中央隔離帶每側(cè)1個（如有必要，可增加額外設(shè)置）。

在每個觀測點進行多次收集數(shù)據(jù)，以確定每個觀測點與參考點相比的差異值。施工結(jié)束后，必須連續(xù)3天每天進行一次監(jiān)測，施工人員必須立即反饋監(jiān)測結(jié)果是否超過15 mm，以確保施工安全和正常進度。施工監(jiān)測結(jié)果如表2所示。

2.2應(yīng)用結(jié)果

從表2中可以看出，在連續(xù)3天監(jiān)測結(jié)果分析過程中，8個監(jiān)測點的累計沉降監(jiān)測結(jié)果均在15 mm以內(nèi)，測試結(jié)果表明長輸油氣管道水平定向鉆穿越施工滿足施工沉降要求，施工結(jié)果安全可靠。

3結(jié)語

通過對長輸油氣管道水平定向鉆穿越施工技術(shù)的研究，提出了針對性的解決方案和建議：（1）針對地質(zhì)條件的復(fù)雜性和不確定性，建議在施工前進行詳細(xì)的地質(zhì)勘察和評估，選擇合適的鉆頭和施工參數(shù)。（2）針對施工過程中的技術(shù)難題，建議采用先進的鉆具和泥漿處理設(shè)備，提高施工效率和質(zhì)量。雖然對長輸油氣管道水平定向鉆穿越施工技術(shù)進行了一些研究，但仍存在許多需要進一步研究和探索的問題。希望未來的研究者能夠繼續(xù)關(guān)注這些問題，為長輸油氣管道的建設(shè)和維護做出更大的貢獻。

參考文獻：

［1］李怡辰，吳俠輝，張本濤，等.基于BWM云模型的水平定向鉆施工快速化風(fēng)險評價［J］.市政技術(shù)，2023，41（9）：106-112.

［2］姜海剛，柳華榮，司小東.水平定向鉆施工對鄰近隧道結(jié)構(gòu)的影響分析［J］.城市道橋與防洪，2022，23（12）：2930，252-255.

［3］李鳳春，陳志剛，郭子彬，等.大口徑長距離管道水平定向穿越大型河流綜合施工技術(shù)研究［J］.安裝，2022，23（12）：127-128.

作者簡介：曹衛(wèi)星，男，陜西山陽人，助理工程師，碩士， 研究方向：油氣田開發(fā)。